BM 01-Bia SKKN
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
Trường THPT chuyên LƯƠNG THẾ VINH
Mã số: ................................
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Đề tài
Một số dạng bài tập về ĐỘNG HÓA HỌC
bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn Hóa
Người thực hiện: Nguyễn Thị Vân Anh
Lĩnh vực nghiên cứu:
Quản lý giáo dục
Phương pháp dạy học bộ môn: Hóa học
Phương pháp giáo dục
Lĩnh vực khác: .........................................................
Có đính kèm:
Mô hình
Phần mềm
Phim ảnh
Năm học 2013 - 2014
Hiện vật khác
BM02-LLKHSKKN
SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN
1. Họ và tên: Nguyễn Thị Vân Anh
2. Ngày tháng năm sinh: 22/05/1987
3. Nam, nữ: nữ
4. Địa chỉ: B22 tổ 30B KP3, P. Bình Đa, TP Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai.
5. Điện thoại:
(CQ)/ 0616 526 153 (NR);
6. Fax:
ĐTDĐ: 0987 978 153
E-mail:
[email protected]
7. Chức vụ: Giáo viên
8. Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh
II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: thạc sĩ
- Năm nhận bằng: 2013
- Chuyên ngành đào tạo: Lí luận và phương pháp dạy học Hóa học.
III.KINH NGHIỆM KHOA HỌC
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: giảng dạy môn Hóa THPT
Số năm có kinh nghiệm: 5
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:
1. NHỮNG SAI SÓT HAY MẮC PHẢI KHI RA ĐỀ KIỂM TRA TRẮC
NGHIỆM KHÁCH QUAN.
2. SỬ DỤNG TÌNH HUỐNG CÓ VẤN ĐỀ TRONG DẠY HÓA HỌC
CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI LỚP 12 THPT
3. SỬ DỤNG TÌNH HUỐNG CÓ VẤN ĐỀ TRONG DẠY HÓA HỌC
CHƯƠNG KIM LOẠI KIỀM – KIM LOẠI KIỀM THỔ - NHÔM LỚP
12 THPT
2
BM03-TMSKKN
Tên sáng kiến kinh nghiệm:
Một số dạng bài tập về ĐỘNG HÓA HỌC bồi dưỡng
học sinh giỏi quốc gia môn Hóa
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Một trong những cơ sở lí thuyết của phản ứng hóa học là kiến thức về Động
hóa học. Đây là một ngành của hóa lí, là khoa học về tốc độ của phản ứng hóa học,
về những yếu cố có ảnh hưởng đến tốc độ (nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác, …) và
cả cơ chế phản ứng (sự diễn biến của phản ứng ở phạm vi vi mô từ trạng thái đầu
đến trạng thái cuối).
Trong các kì thi HSG tỉnh, kì thi Olympic miền Nam, kì thi HSG cấp quốc
gia, chọn đội tuyển thi quốc tế, vấn đề động hóa học luôn được đề cập đến.
Trong các kì thi máy tính cầm tay tỉnh và khu vực cũng có các dạng bài tập về
động hóa học.
Vậy đây là một nội dung quan trọng, nên chúng tôi muốn đi sâu và hệ thống
lại các dạng bài tập quan trọng nhằm phục vụ cho công việc giảng dạy và bồi
dưỡng học sinh chuyên Hóa.
II. THỰC TRẠNG
1. Thuận lợi
- Số lượng bài tập động hóa học nhiều, có trong các đề thi HSG tỉnh,
Olympic 30/4, thi quốc gia hay chọn quốc tế.
- Bài tập đa dạng, có liên quan đến thực tế và lí thuyết nghiên cứu cơ chế
phản ứng.
2. Khó khăn
- Các bài tập chưa được hệ thống theo từng dạng, từng phần nội dung lí
thuyết.
- Do các số liệu, cơ chế phản ứng liên quan đến thực tế, nên cần phải xem
rõ nguồn gốc các số liệu để thống nhất, không thể tự cho các số liệu ảo, có thể dẫn
đến cơ chế phản ứng sai.
- Học sinh chưa hệ thống các dạng bài tập nên dễ nhầm lẫn.
- Học sinh chưa tiếp cận nhiều với các dạng bài ở mức độ thi Quốc tế.
3
III.NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Cơ sở lý luận
- Động hóa học có giá trị rất lớn về cả hai mặt lí thuyết và thực tiễn. Về lí
thuyết, động hóa học ngày càng đi sâu trong việc tìm tòi và nắm vững các quy luật,
các đặc trưng động học và cơ chế của các phản ứng hóa học. Điều này cho phép
tính được chế độ làm việc tối ưu của các lò phản ứng và các thiết bị khác, mở ra
con đường điều khiển có ý thức và hoàn thiện những quá trình công nghệ đã có và
sáng tạo ra những quá trình công nghệ mới.
- Trong giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi thì chuyên đề này là một trong
những nội dung quan trọng trong phần lí thuyết Hóa vô cơ - Đại cương. Hầu như
trong các đề thi HSG như Olympic, HSGQG hay Quốc tế đều có phần này.
- Tuy nhiên nội dung trong SGK hay tài liệu chuyên Hóa không đáp ứng đủ
các nội dung thi HSGQG hay Quốc tế.
2. Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
2.1. Nội dung của đề tài
+ Chương 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN
+ Chương 2: ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG ĐƠN GIẢN
+ Chương 3: CƠ CHẾ PHẢN ỨNG
- Trong từng phần của mỗi chương sẽ kèm câu hỏi và bài tập cụ thể.
- Các bài tập có trong các đề thi HSGQG, chọn Quốc tế, Olympic sinh viên
được đưa vào từng phần lí thuyết liên quan.
2.2. Biện pháp thực hiện
- Tổng hợp lí thuyết cơ bản của chuyên đề.
- Tổng hợp, soạn thảo và chọn lọc hệ thống câu hỏi và bài tập theo từng chủ
đề lí thuyết.
- Trình bày phương pháp giải một số dạng bài tập cơ bản.
- Áp dụng cho học sinh các lớp chuyên Hóa khối THPT thông qua việc giới
thiệu tài liệu, yêu cầu HS thảo luận, giải quyết các vấn đề trong chuyên đề.
IV. KẾT QUẢ
Qua việc giới thiệu chuyên đề này và sử dụng nó trong việc bồi dưỡng HSG
Hóa, chúng tôi đã đạt được một số kết quả sau:
- GV giảng dạy chuyên đề theo một hệ thống lí thuyết và bài tập thuận tiện.
Có thể bổ sung thêm bài tập của các dạng sẵn có hoặc các dạng mới dễ dàng.
4
- HS hệ thống lí thuyết và các dạng bài tập Động hóa học một cách tốt hơn.
- Trong các kì thi Olympic, chọn HSGQG, chọn Quốc tế thì học sinh đều
làm tốt các bài tập thuộc chuyên đề này.
V. KẾT LUẬN, BÀI HỌC KINH NGHIỆM
- Đề tài đã được áp dụng trong thực tế giảng dạy tại trường chuyên Lương
Thế Vinh và đã đạt hiệu quả, có khả năng áp dụng rộng rãi trong công việc giảng
dạy và bồi dưỡng HSG.
- Đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các giáo viên, làm đề tài
nghiên cứu cho các nhóm HS chuyên, để HS bước đầu làm quen với phương pháp
tự nghiên cứu khoa học.
- GV nên yêu cầu HS cùng tìm tài liệu làm phong phú thêm các dạng bài
tập, để HS hiểu sâu hơn nội dung vấn đề đang nghiên cứu.
- Đề xuất: Nên chia nội dung thi HSGQG thành các chuyên đề nhỏ, để có
thể đi sâu vào từng vấn đề, nội dung trọng tâm. Mỗi giáo viên giảng dạy HSG nên
viết các chuyên đề này để nâng cao kiến thức và cập nhật thường xuyên những vấn
đề mới.
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) Trần Thị Đà, Đặng Trần Phách, Cơ sở lí thuyết các phản ứng hóa học, NXB
Giáo dục, Hà Nội, 2009.
2) Trần Văn Nhân, Hóa Lí, NXB Giáo Dục, 1999.
3) Nguyễn Đình Huề, Trần Kim Thanh, Nguyễn Thị Thu, Động hóa học và xúc
tác, NXB Giá dục, Hà Nội, 2003.
4) Rene’ DIDER, Hóa đại cương, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998.
5) Đặng Hữu Vinh, Nguyễn Duy Ái, Tài liệu giáo khoa chuyên Hóa học 10,
NXB Giáo dục, Hà Nội 2001.
6) Nguyễn Đức Chung, Hóa Đại Cương, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM,
2001.
7) Các đề thi HSG Quốc gia và Olympic Hóa học sinh viên các trường Đại học
Việt Nam.
NGƯỜI THỰC HIỆN
Nguyễn Thị Vân Anh
5
BM04-NXĐGSKKN
SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI
Trường THPT chuyên
Lương Thế Vinh
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Biên Hòa, ngày 17 tháng 4 năm 2014
PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Năm học: 2013 -2014
–––––––––––––––––
Tên sáng kiến kinh nghiệm: Một
số dạng bài tập về ĐỘNG
HÓA HỌC bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia môn Hóa
Họ và tên tác giả: Nguyễn Thị Vân Anh
Đơn vị (Tổ): Hóa
Lĩnh vực:
Quản lý giáo dục
Phương pháp dạy học bộ môn: ...........................
Phương pháp giáo dục
Lĩnh vực khác: ....................................................
1. Tính mới
- Có giải pháp hoàn toàn mới
- Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có
2. Hiệu quả
- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp
dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao
- Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả cao
- Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp
dụng tại đơn vị có hiệu quả
3. Khả năng áp dụng
- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính
sách:
Tốt
Khá
Đạt
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực hiện
và dễ đi vào cuộc sống: Tốt
Khá
Đạt
- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu
quả trong phạm vi rộng: Tốt
Khá
Đạt
XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
(Ký tên, ghi rõ họ tên và đóng dấu)
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN
I. MỘT SỐ DẠNG PHẢN ỨNG
1. Phản ứng đơn giản, phức tạp
Phản ứng đơn giản hay phản ứng sơ cấp là phản ứng một chiều chỉ diễn ra trong một giai
đoạn duy nhất, tức là đi trực tiếp từ những chất đầu đến những chất cuối, không có sự hình thành
các chất trung gian.
Những phản ứng không thỏa mãn những điều kiện đó gọi là phản ứng phức tạp: thường
chia ra làm phản ứng thuận nghịch, phản ứng song song, phản ứng nối tiếp và phản ứng liên hợp.
2. Phản ứng toàn phần, không toàn phần
Phản ứng toàn phần là phản ứng trong đó ít nhất một chất phản ứng (chất đầu) đã phản ứng
cho đến hết (trong thực tế một chất gọi là chất phản ứng hết khi 99,9% lượng ban đầu của nó đã
bị tiêu thụ. (thường là phản ứng 1 chiều)
Phản ứng không toàn phần là phản ứng trong đó không một chất nào mất hẳn khi phản ứng
dừng lại, các chất đầu vẫn còn, tuy với lượng nhỏ hơn lúc đầu nhưng vẫn đáng kể. (phản ứng
thuận nghịch)
3. Phản ứng đồng thể, dị thể
Phản ứng đồng thể là phản ứng chỉ diễn ra trong thể tích một pha. Đó là phản ứng giữa các
chất khí, giữa các chất lỏng hoàn toàn trộn lẫn với nhau, các phản ứng trong dung dịch.
Thí dụ: khi trộn đều dung dịch axit sunfuric loãng với một dung dịch natri thiosunfat thì lưu
huỳnh được giải phóng từ phản ứng:
H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + S↓ + SO2↑ + H2O
làm đục toàn bộ thể tích của hệ phản ứng.
Phản ứng dị thể là phản ứng chỉ diễn ra trên bề mặt phân chia pha, không diễn ra trong thể
tích của một pha nào như: rắn – lỏng, khí – lỏng, …
Thí dụ: khi cho mẩu kẽm vào dung dịch axit clohidric, các bọt khí H 2 chỉ thoát ra từ bề mặt kim
loại
II. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
1. Khái niệm
Tốc độ của một phản ứng hóa học là độ biến thiên lượng chất (số phân tử, số mol hoặc nồng
độ) của một chất của phản ứng trong một đơn vị thời gian.
a) Tốc độ trung bình
Xét phản ứng trong hệ đồng thể (V = const):
aA + bB + … → cC + dD + … (*)
Sau một khoảng thời gian ∆t, nồng độ các chất A, B, C, D, … biến thiên một lượng ∆C A,
∆CB, ∆CC, ∆CD, …
Tốc độ trung bình v của phản ứng trong khoảng thời gian từ t đến t + ∆t biểu thị qua chất A
hoặc C là:
∆C C
∆C A
vA = −
; vC =
∆t
∆t
v A là tốc độ trung bình mất đi của chất A vì ∆CA âm nên phải thêm dấu trừ (-) để cho tốc độ v A
là dương, vC là tốc độ tạo thành C, ∆C C là dương nên vC tự nó là dương. Nên tốc độ phản ứng
dù biểu thị theo chất đầu hay chất cuối bao giờ cũng là đại lượng dương.
7
Các giá trị này có thể khác nhau. Để tốc độ của phản ứng đã cho là đơn giản thì phải đưa
thêm vào biểu thức tốc độ các hệ số tỉ lượng:
1 ∆C A
1 ∆C B 1 ∆C C 1 ∆C D
v pu = −
=−
=
=
(I.1)
a ∆t
b ∆t
c ∆t
d ∆t
Tốc độ này chỉ cho biết sự tăng, giảm trung bình của C A, CB, CC, CD, … trong khoảng thời gian
∆t, chứ không cho biết sự biến thiên chính xác trong từng thời điểm. Trong khi sự biến thiên
trong từng thời điểm có thể rất khác nhau. Vì vậy người ta thường dùng tốc độ tức thời thay cho
tốc độ trung bình.
b) Tốc độ tức thời (thực)
Khi ∆t → 0, tỉ số ∆C/∆t sẽ dần tới một giới hạn là đạo hàm dC/dt của lượng chất theo thời
gian, với dấu thích hợp gọi là tốc độ tức thời v của phản ứng ở thời điểm t.
dC C
dC
v A = − A ; vC =
dt
dt
1 dC A
1 dC B 1 dC c 1 dC D
v pu = −
=−
=
=
(I.2)
a dt
b dt
c dt
d dt
1
1
1
1
= v A = v B = vC = v D
(I.3)
a
b
c
d
Như vậy, khi đã xác định được tốc độ của phản ứng với một chất bất kì thì có thể suy ra tốc
độ của phản ứng đối với các chất khác theo công thức trên.
Khi phản ứng diễn ra trong pha khí và các khí được coi như khí lí tưởng thì ta có thể biểu thị
tốc độ phản ứng thông qua áp suất riêng phấn của mỗi khí trong phản ứng vì PA = CART. Khi đó:
1 dPA
1 dPB
1 dPc
1 dPD
v pu = −
=−
=
=
(I.4)
aRT dt
bRT dt
cRT dt
dRT dt
2. Đơn vị
Trong hệ đơn vị SI, đơn vị của v là mol.m-3.s-1.
Trong thực nghiệm động hóa học, người ta thường dùng đơn vị mol.l -1.(thời gian)-1. Tùy theo
điều kiện thì nghiệm, đợn vị của thời gian cso thể là giây, phút, ngày hoặc cả năm nữa. (Các
phản ứng địa hóa là các phản ứng chậm nhất, chúng có thể kéo dài tới hàng thế kỉ, thậm chí hàng
nghìn năm, còn các phản ứng nổ lại diễn ra rất nhanh, chỉ trong vòng một phần vạn giây).
III. ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG HÓA HỌC. ẢNH HƯỞNG CỦA
NỒNG ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Chúng ta xét một phản ứng giữa các chất ở vào trạng thái khí. Muốn cho tương tác giữa
chúng diễn ra được thì trước hết các phân tử của chúng phải va chạm với nhau. Ở đây chúng ta
chưa xét vấn đề: những va chạm nào sẽ dẫn đến tương tác (những va chạm có hiệu quả), nhưng
có thể kết luận chắc chắn rằng khi các điều kiện bên ngoài không đổi thì số va chạm hiệu quả
càng lớn nếu nồng độ các chất phản ứng càng lớn. Nói cách khác, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với
nồng độ các chất phản ứng.
Xét phản ứng hóa học ở T = const có phương trình dạng:
aA + bB + … → cC + dD + … (*)
Năm 1867, hai nhà bác học Na –Uy là M.Guldberg và P.Waage thiết lập rằng tốc độ v của
phản ứng này có dạng:
v = k. C Aa .C Bb …
(I.5)
8
Trong đó những số mũ a, b, … là hệ số tỉ lượng của các chất đầu A, B, …
(I.5) là biểu thức toán học của định luật tác dụng khối lượng trong động hóa của M.Guldberg và
P.Waage: “Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỉ lệ với tích nồng độ của các chất phản ứng
với các số mũ bằng các hệ số tỉ lượng của chúng trong phương trình phản ứng”.
Cần lưu ý rằng, định luật tác dụng khối lượng biểu diễn theo (I.5) chỉ chính xác đối với các
phản ứng cơ bản chỉ diễn ra theo một giai đoạn, khi người ta không phát hiện được một chất
trung gian nào ở giữa chất phản ứng và sản phẩm phản ứng. Còn đối với phản ứng phức tạp đi
qua nhiều giai đoạn (trừ một số ít trường hợp) thì biểu thức không còn đúng.
Trường hợp tổng quát, tốc độ của phản ứng (*) có thể viết dưới dạng:
v = k. C αA .C Bβ …
v pu
Kết hợp với (I.2) ta có:
1 dC A
1 dC B 1 dC c 1 dC D
=−
=−
=
=
= k. C αA .C Bβ …
a dt
b dt
c dt
d dt
(I.6)
(I.7)
Phương trình (I.6) là biểu thức của định luật cơ bản hiện đại của động hóa học và có thể phát
biểu: “Đối với phản ứng một chiều ở T = const và có bậc động học xác định, tốc độ v của phản
ứng tại mỗi thời điểm tỉ lệ với mỗi tích nồng độ của các chất có ảnh hưởng đến tốc độ, nồng độ
mỗi chất được nâng lên một lũy thừa xác định nào đó”.
k là hằng số tốc độ phản ứng. Giá trị của k phụ thuộc vào bản chất từng phản ứng, nhiệt
độ và chất xúc tác, k không phụ thuộc vào nồng độ các chất phản ứng và có thứ nguyên
là (nồng độ)1-n.(thời gian)-1. Đó là tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất phản ứng đều
bằng đơn vị.
Các hệ số α, β, …là các bậc riêng phần đối với các chất phản ứng A, B, …; nó có thể
dương, âm, nguyên hoặc phân số.
Tổng n = α + β + … được gọi là bậc toàn phần hay bậc của phản ứng. Bậc của phản ứng
là một đại lượng thực nghiệm.
Một phản ứng chỉ có bậc nếu từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm ta có thể viết biểu thức của tốc
độ phản ứng ở dạng (I.6).
Mỗi bước của phản ứng được gọi là một phản ứng cơ bản. Tập hợp các bước của một phản
ứng được gọi là cơ chế phản ứng. Người ta phân loại phản ứng cơ bản dựa vào phân tử số của
chúng.
Phân tử số là số tiểu phân các chất phản ứng cùng va chạm trong phản ứng cơ bản.
• Nếu phản ứng (*) là cơ bản thì bậc chung của phản ứng và phân tử số được biểu thị bằng
cùng một con số n = a + b + …
Nếu n = 1 phản ứng là bậc 1 và đơn phân tử.
Nếu n = 2 phản ứng là bậc 2 và lưỡng phân tử.
Nếu n = 3 phản ứng là bậc 3 và tam phân tử.
Người ta chưa gặp phản ứng có phân tử số lớn hơn ba vì xác suất va chạm đồng thời của
một số lớn phân tử là rất nhỏ.
• Nếu phản ứng (*) là phản ứng phức tạp thì khái niệm phân tử số không còn có ý nghĩa, vì
nó chỉ dùng cho phản ứng cơ bản, còn phản ứng phức tạp chỉ dùng khái niệm bậc động
học.
Phân tử số khác bậc phản ứng. Trước hết, bậc động học là một khái niệm hoàn toàn thực
9
nghiệm, đặc trưng cho sự phụ thuộc thực nghiệm vĩ mô của tốc độ phản ứng vào nồng độ. Còn
phân tử số là một khái niệm hoàn toàn lí thuyết, để xác định nó cần phải biết cơ chế lí thuyết vi
mô của các quá trình sơ cấp của phản ứng phức tạp. Mặt khác, phân tử số chỉ có thể là một số
nguyên nhỏ, không thể bằng không hoặc là phân số.
Một số ví dụ:
• Phản ứng đơn giản:
1)
CH3OCH3 → CH4 + CO + H2
Phản ứng bậc một và đơn phân tử:
v = k[CH3OCH3]
2)
H2 + I2 → 2HI
Phản ứng bậc hai và lưỡng phân tử:
v = k[H2][I2]
3)
O2 + 2NO → 2NO2
Phản ứng bậc ba và tam phân tử: v = k[O2][NO2]2
•
Phản ứng phức tạp:
4)
CH3COCH3 + I2 → CH3COCH2I + HI
Là phản ứng phức tạp bao gồm hai giai đoạn:
a) CH3COCH3 → CH3C(OH)CH2
(chậm)
b) CH3C(OH)CH2 + I2 → CH3COCH2I + HI
(nhanh)
Trong một phản ứng nhiều giai đoạn kế tiếp nhau, tốc độ chung của phản ứng bằng tốc độ
của giai đoạn chậm chậm nhất. Ở đây giai đoạn a) là chậm nhất cho nên áp dụng biểu thức (III.2)
ta có:
vpu = va) = ka[CH3COCH3]
Phản ứng 4) có 2 chất phản ứng nhưng phản ứng lại có bậc 1.
5)
2NO + Cl2 → 2NOCl
Là phản ứng phức tạp bao gồm 2 giai đoạn:
a) NO + Cl2 → NOCl2
(nhanh)
b) NOCl2 + NO → 2NOCl
(chậm)
Vì giai đoạn b) chậm nên tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào giai đoạn b):
vpu = vb) = kb[NOCl2][NO]
Song nồng độ của NOCl2 lại phụ thuộc vào giai đoạn a). Vì giai đoạn a) là nhanh nên có thể xem
nó ở trạng thái cân bằng đặc trưng bởi hằng số cân bằng Ka:
[ NOCl 2 ]
⇒ [NOCl2] = Ka[NO][Cl2]
Ka =
[ NO ][Cl 2 ]
Thay giá trị của [NOCl2] vào biểu thức tốc độ ta rút ra:
vpu = vb) = kbKa[NO]2[Cl2] = k[NO]2[Cl2]
Vậy là phản ứng bậc ba nhưng không phải là tam phân tử.
6)
H2 + Br2 → 2HBr
Là phản ứng phức tạp, phương trình tốc độ tìm ra bằng thực nghiệm có dạng:
v=
k1 [ H 2 ][ Br2 ]1 / 2
[ HBr ]
1 + k 2
[ Br2 ]
Ta thấy ở đây phương trình tốc độ không có dạng hàm lũy thừa nên khái niệm bậc phản ứng
cũng không dùng được.
10
Một số điều chú ý:
- Nếu phản ứng đơn giản thì tốc độ nhất thiết được biểu diễn bởi định luật tác dụng khối
lượng, nhưng ngược lại, nếu tốc độ phản ứng tuân theo định luật tác dụng khối lượng thì
điều đó chưa đủ để kết luận phản ứng là đơn giản.
- Nếu phương trình tốc độ không tuân theo định luật tác dụng khối lượng thì đó là dấu hiệu
chắc chắn của phản ứng phức tạp.
Câu hỏi lí thuyết:
1. Phát biểu định luật tác dụng khối lượng. Viết biểu thức tốc độ phản ứng đơn giản: aA +
bB→cC+dD
Cho biết ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng.
2. Bậc phản ứng, phân tử số là gì? Phân biệt bậc phản ứng và phân tử số. Khi nào phản ứng có
bậc?
3. Phản ứng đơn giản và phản ứng phức tạp là gì? Khi một phản ứng có phương trình tốc độ tuân
theo định luật tác dụng khối lượng thì đó có phải phản ứng đơn giản không?
4. Viết phương trình động học, cho biết bậc phản ứng và phân tử số của các phản ứng đơn giản
a. C2H5Br → C2H4 + HBr.
b. O2 + 2NO → 2NO2
c. 2NO2 → 2NO + O2
d. 2SO2 (k) + O2 (k) → 2SO3 (k)
e. PCl5 (k) → PCl3 (k) + Cl2 (k)
f. C (r) + CO2 (k) → 2CO (k)
5. Vận tốc của phản ứng được biểu diễn theo sự thay đổi nồng độ của mỗi chất ban đầu và sản
∆C O
1 ∆C N O
1 ∆C NO
phẩm như sau: v pu = −
=
=
. Hãy viết phương trình phản ứng.
2 ∆t
4 ∆t
∆t
2
5
2
2
6. Phản ứng: 2N2O5 (k) → 4NO2 (k) + O2 (k), tốc độ phản ứng được biểu thị bởi biểu thức: v =
d[O 2 ]
.
dt
Hãy viết biểu thức tốc độ phản ứng thông qua các chất trong phương trình phản ứng.
7. Thực nghiệm cho biết tại 25 0C tốc độ tiêu thụ khí NO trong phản ứng điều chế nitrozoni
clorua khí: 2NO(k) + Cl2 (k) → 2NOCl (k) bằng 3,5.10-4M s-1. Hãy tính tốc độ tại 25oC:
a. của phản ứng.
b. tiêu thụ khí Cl2.
c. tạo thành khí NOCl.
8. Cho phản ứng: 2A (k) → B (k) + C (k). Biểu diễn tốc độ phản ứng theo sự thay đổi nồng độ
của mỗi chất ban đầu và sản phẩm. Khi [C] tăng với vận tốc 2mol.l -1.s-1 thì [A] giảm như thế
nào?
9. Hãy xác định bậc phản ứng riêng của mỗi chất và bậc phản ứng cho phương trình động học
sau: v = k.[BrO3-].[Br-].[H+]2
Vận tốc phản ứng thay đổi như thế nào khi .[BrO3-] tăng gấp đôi hoặc [H+] tăng gấp 4 lần.
Bài tập:
Bài tập 1: a. Một phản ứng bậc 1 có k = 0,13.s-1. Tính trị số của k theo đơn vị là phút.
b. Một phản ứng bậc 2 có k = 240cm3.mol-1.phút-1. Tính trị số của k theo hệ đơn vị S.I.
Bài tập 2: Hằng số tốc độ của một phản ứng bậc nhất là 2.10 -4 s-1. Tính tốc độ của phản ứng
(mol.dm-3.s-1) khi chất phản ứng có nồng độ là 2 mol.dm-3.
(4.10-5)
Bài tập 3: Tốc độ của một phản ứng bậc 2 bằng 4.10 -3mol.dm-3.s-1 khi các chất phản ứng có nồng
độ lần lượt là 10-3mol.dm-3 và 2,5.10-4mol.dm-3. Tính hằng số tốc độ phản ứng (dm3.mol-1.s-1).
(16000)
11
Bài tập 4: Một phản ứng bậc 2 có tốc độ là 4,5.10 -7 mol.cm-3.s-1 nếu nồng độ hai chất phản ứng
tương ứng lần lượt là 1,5.10-2M và 2,5.10-3M. Tính hằng số tốc độ với thứ nguyên cm 3.mol-1.s1
,l.mol-1.s-1, l.mol-1.ph-1
(12000; 12; 720)
Bài tập 5: Thực nghiệm cho biết sau 0,75s thì 30ml dung dịch KOH trung hòa vừa hết 30ml
dung dịch H2SO4 0,5M. Xác định tốc độ phản ứng theo KOH, theo H 2SO4. Kết quả thu được có
hợp lí không?
Bài tập 6: Cho phản ứng sau xảy ra trong dung dịch: C2HOBr + KOH → C2H5OH + KBr.
Nồng độ ban đầu của KOH là 0,07M. Sau 30 phút người ta lấy ra 10ml dung dịch hỗn hợp phản
ứng thì thấy nó phản ứng vừa đủ với 12,84ml dung dịch HCl 0,05M. Tính tốc độ trung bình của
phản ứng trong khoảng thời gian trên.
(1,933.10-4mol/l.phút)
Bài tập 7: Một phản ứng trong một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian thì 3,4g NH 3 được
tạo thành. Một phản ứng khác trong cùng điều kiện tạo 3,4g PH 3. Hỏi phản ứng nào có tốc độ lớn
hơn?
Bài tập 8: Cho phản ứng: 4HCl (k) + O2 (k) → 2H2O (k) + 2Cl2 (k)
Giải sử ban đầu chỉ có HCl và O 2. Sau một thời gian phản ứng, nồng độ của các chất là: HCl
= 0,75M; O2 = 0,42 M và Cl2 = 0,20 M. Tính nồng độ ban đầu của HCl và O2.
(0,95M; 0,62M)
Bài tập 9: Phản ứng: 2NO (k) + O2 (k) → 2NO2 (k). Tốc độ phản ứng sẽ thay đổi thế nào khi:
a. tăng nồng độ oxi lên 4 lần.
b. giảm bớt nồng độ nitơ oxit 1/3 so với ban đầu.
c. nồng độ NO và O2 đều tăng 3 lần.
d. giảm nồng độ NO2 2 lần.
Bài tập 10: Viết phương trình động học của phản ứng: 2A + B → C. Tính xem tốc độ phản ứng
tăng hay giảm bao nhiêu lần khi:
a. tăng nồng độ chất A lên gấp 2 lần.
b. tăng nồng độ chất B lên gấp 2 lần.
c. tăng áp suất hỗn hợp lên 3 lần trong khi giữ nguyên nhiệt độ (giả thiết A, B, C là khí lí
tưởng).
d. giảm nồng độ chất A xuống gấp 3 lần.
Bài tập 11: Tốc độ của phản ứng tạo thành SO 3 từ SO2 và O2 thay đổi như thế nào (tăng hay
giảm bao nhiêu lần) khi giảm thể tích hỗn hợp xuống 3 lần? (biết đây là phản ứng đơn giản). (27
lần)
Bài tập 12: a. Đối với phản ứng: N 2 + 3H2 → 2NH3. Tốc độ phản ứng thuận thay đổi thế nào khi
tăng áp suất của hệ lên 3 lần?
b. Trộn 1 lít dung dịch CH3COOH 2M với 1 lít dung dịch C2H5OH 3M. Xác định tốc độ hình
thành este ban đầu. Tốc độ này thay đổi ra sao nếu trước khi pha trộn mỗi dung dịch được pha
loãng gấp đôi.
Bài tập 13: Phản ứng: A + 2B → 3C có hằng số tốc độ k = 0,6. Nồng độ ban đầu C A = 2M, CB =
2,5M. Sau phản ứng nồng độ B còn là 0,5M. Tìm nồng độ của A và tốc độ phản ứng tại thời
điểm này. Biết phản ứng thuộc loại đơn giản.
Bài tập 14: Phản ứng phân hủy N2O ở nhiệt độ 1173K có hằng số tốc độ k = 5.10-4:
2N2O (k) → 2N2 (k) + O2 (k)
12
Nồng độ ban đầu của N2O là 3,2M. Xác định tốc độ phản ứng lúc đầu và khi có 25% N 2O đã
phân hủy.
Bài tập 15: Cho phản ứng: 2NO + O 2 →2NO2. Tại một thời điểm nào đó C NO=0,8M, C O 2 =0,6M.
Nếu tăng nồng độ NO thành 1,2M và O2 thành 0,9M thì tốc độ phản ứng sẽ biến đổi ra sao?
Bài tập 16: Cho phản ứng: A + B → C + D. Nồng độ ban đầu CA = CB = 0,1M. Sau thời gian t,
nồng độ của A, B còn lại 0,04M. Hãy tính tốc độ phản ứng ở thời điểm này giảm bao nhiêu lần
so với thời điểm ban đầu?
(6,25)
Bài tập 17: Cho phản ứng: A + 2B → C. Nồng độ đầu của A và B tương ứng là 0,3M và 0,5M.
Hằng số tốc độ k = 0,4. Tìm tốc độ đầu và tốc độ sau một thời gian khi nồng độ A giảm bớt còn
0,1M.
Bài tập 18: Cho phản ứng: 2A + B → C. Nồng độ đầu của A và B tương ứng là 6M và 8M. Hằng
số tốc độ k = 0,5. Tìm tốc độ đầu và tốc độ sau một thời gian khi A đã phản ứng 50%. Khi tốc độ
bằng 0 thì nồng độ A, B bằng bao nhiêu?
Bài tập 19: Phản ứng bậc 3: 2Fe3+ (dd) + Sn2+ (dd) → 2Fe2+ (dd) + Sn4+ (dd)
ở một nồng độ nào đó 1% Fe3+ bị khử sau 10s.
a. Tính thời gian cần khử 1% Fe3+ nếu tăng gấp đôi nồng độ Sn2+.
b. Tính thời gian cần khử 1% Fe3+ nếu tăng gấp đôi nồng độ Fe3+.
c. Tăng nhiệt độ phản ứng thêm 30oC, nồng độ ban đầu các chất giữ nguyên, hệ số niệt độ của
tốc độ phản ứng γ = 3. Tính thời gian cần để khử 1% Fe3+.
IV. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG. NĂNG
LƯỢNG HOẠT HÓA
1. Quy tắc Van’t Hoff
Khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của các phân tử tăng lên và năng lượng của chúng
cũng tăng lên do đó số lần va chạm tăng lên và đặc biệt số lần va chạm có hiệu quả tăng lên.
Ví dụ: phản ứng H2 + ½ O2 → H2O ở nhiệt độ thường xảy ra với tốc độ chậm đến mức không thể
nhận biết được, nhưng khi tăng nhiệt độ lên 600oC thì phản ứng xảy ra tức thời với tiếng nổ.
Bằng cách đo tốc độ phản ứng của rất nhiều phản ứng khác nhau, ở các nhiệt độ khác nhau,
Van’t Hoff đã tìm ra quy tắc thực nghiệm sau: “Trong một khoảng nhiệt độ không lớn, cứ tăng
nhiệt độ lên 10o thì tốc độ phản ứng tăng 2 – 4 lần.”
Đại lượng cho biết tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ lên 10 o gọi là hệ
số nhiệt độ của tốc độ phản ứng và được kí hiệu là γ.
k
k
γ = T +10 = 2 ÷ 4
γ n = T +10 n
hay
(I.8)
kT
kT
Nếu gọi v1, k1 là tốc độ và hằng số tốc độ ở nhiệt độ T1
v2, k2 là tốc độ và hằng số tốc độ ở nhiệt độ T2 = T1 + ∆T
Ta có:
v2 = v1. γ
∆T
10
hay
k2 = k1. γ
∆T
10
Bài tập I.1: Hỏi tốc độ của phản ứng tăng bao nhiêu lần nếu tăng nhiệt độ phản ứng từ 140 oC lên
200oC, biết hệ số nhiệt độ k trong khoảng nhiệt độ trên là 2.
Lời giải:
13
Vì nhiệt độ tăng 200oC – 140oC = 60oC nên v200 = v140. γ
∆T
10
60
= v140. 2 10 = v140.26 = v140. 64.
Vậy tốc độ phản ứng tăng 64 lần.
2. Phương trình Arrhenius
Quy tắc Van’t Hoff chỉ có tính chất gần đúng (sai số khoảng 20%) nên không thể xác định
chính xác ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng, ngoài ra nó không thể giải thích tại sao
khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng.
Không thể giải thích sự tăng tốc độ phản ứng là do số va chạm tăng, vì khi tăng nhiệt độ của
hệ từ 0oC lên 100oC thì số va chạm chỉ tăng 373/273 = 1,2 lần, không đáng kể so với mức độ
tăng của v.
Năm 1889, Arrhenius dựa trên các kết quả thực nghiệm đã đề xuất một phương trình liên hệ
hằng số tốc độ k và nhiệt độ T – phương trình Arrhenius:
k = A.e-Ea/RT
(I.9)
Ea
E
lg k = −
+ lg A
ln k = − a + ln A
hay viết dưới dạng logarit:
hay
(I.10)
2,303RT
RT
A là hằng số và thường được gọi là thừa số tần số. A có cùng đơn vị với k, có trị số riêng
cho mỗi loại phản ứng và không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Ea là năng lượng hoạt hóa theo Arrhenius hay năng lượng hoạt hóa thực nghiệm. Ea có giá
trị riêng cho mỗi phản ứng và thường được coi là không phụ thuộc và nhiệt độ.
Gọi k1, k2 lần lượt là hằng số tốc độ tại các nhiệt độ T1, T2. Ta có:
E
Ea
ln k 1 = − a + ln A
k1 = A. − RT1 ⇒
e
RT1
E
Ea
ln k 2 = − a + ln A
k2 = A. − RT2 ⇒
e
RT2
E 1
Ea
k
k2
1
1
1
=
( − )
⇒ ln 2 = a ( − )
hay: lg
k1
R T1 T2
k 1 4,567 T1 T2
Đây là phương trình Arrhenius nói lên ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.
Theo Arrhenius tốc độ phản ứng tăng mạnh khi nhiệt độ tăng chính là do số va chạm hiệu
quả tăng mạnh hay số phân tử hoạt động tăng mạnh.
Ta có: N = N.e
*
− E a / RT
⇒
N ∗T2
N ∗T2
=e
Ea 1 1
( − )
R T1 T2
Ví dụ: Đối với phản ứng: H2 + I2 → 2HI, Ea = 40kcal/mol. Khi tăng nhiệt độ từ 0 oC lên 100oC, tỷ
40000 1
1
(
−
)
N ∗T2
1, 987 273 373
=
e
= 385.480.000 lần → v tăng rất mạnh.
số:
∗
N T2
3. Năng lượng hoạt hóa:
Không phải mọi va chạm đều xảy ra phản ứng mà chỉ có những va chạm của các tiểu phân
có một năng lượng dư nào đó so với năng lượng trung bình của các tiểu phân trong hệ mới gây
nên phản ứng. Va chạm như vậy gọi là va chạm có hiệu quả. Năng lượng dư đó dùng để thắng
lực đẩy giữa các lớp vỏ electron khi các tiểu phân tiến gần nhau, nhờ đó phá vỡ liên kết cũ, hình
thành liên kết mới. năng lượng dư này gọi là năng lượng hoạt hóa E a . Tiểu phân có năng lượng
dư được gọi là tiểu phân hoạt động.
14
Như vậy, nếu năng lượng hoạt hóa càng bé thì càng có nhiều tiểu phân hoạt động và tốc độ
phản ứng càng lớn.
Định nghĩa: năng lượng hoạt hóa Ea (kcal/mol hoặc kJ/mol) của một phản ứng là năng
lượng cần thiết để chuyển một mol chất tham gia phản ứng từ mức năng lượng trung bình lên
mức năng lượng hoạt động.
Số tiểu phân hoạt động N* chiếm một tỉ lệ rất nhỏ trong tổng số N tiểu phân khí của hệ phản
ứng và được xác định theo định luật phân bố Boltzmann: N * = N.e − E a / RT
Để hiểu rõ ý nghĩa của năng lượng hoạt hóa, ta xét phản ứng sau:
H2(k) + I2 (k) → 2HI (k)
∆Ho = -12,4 kcal
Quá trình biến đổi của các phân tử trong phản ứng có thể biểu diễn như sau:
H 2 + I2 →
H 2 … I2
→
2HI
Các chất đầu
chất trung gian
sản phẩm
Nhận xét: Ở trạng thái trung gian các liên kết trong phân tử chất đầu chưa bị phá vỡ mà chỉ bị
làm yếu đi một phần, các liên kết mới cũng chỉ mới hình thành một phần, nghĩa là chất đầu chưa
bị phá vỡ hoàn toàn, sản phẩm chưa được hình thành hoàn toàn. Trạng thái trung gian này gọi là
phức chất hoạt động
Sự hình thành phức chất hoạt động như vật cần tiêu tốn một năng lượng là ∆E* với:
Ea = E* - E1
Trong đó:
E* là năng lượng của phức chất hoạt động
E1 là năng lượng của trạng thái đầu.
E
H2…I2
E
*
Ea
E
E
1
H2+I
2
∆Hpu
2HI
2
Tiến trình phản
ứng như một hợp chất thông thường. Có nghĩa là không
Lưu ý: Không thể xem phức chất hoạt động
thể áp dụng các khái niệm như góc liên kết, độ dài liên kết … cho nó. Vì trong phức chất hoạt
động, liên kết trong các phân tử ban đầu chưa bị phá vỡ hoàn toàn mà các liên kết mới đã bắt đầu
được hình thành nên năng lượng hoạt hóa Ea có giá trị bé hơn nhiều so với năng lượng ∆E dùng
để phá vỡ liên kết trong các chất ban đầu. Nghĩa là sự hình thành các phức chất hoạt động thuận
lợi hơn về mặt năng lượng.
Từ hình vẽ trên, ta thấy:
- Hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối chứ không
phụ thuộc và cách tiến hành phản ứng.
15
- Để chuyển từ trạng thái đầu sang trạng thái cuối hệ phải vượt qua một hành rào năng lượng
(Ea). Ea càng nhỏ, tốc độ phản ứng càng lớn.
Đối với phản ứng hóa học, thông thường Ea ≈ 15 – 60 kcal/mol
Có thể xác định tốc độ k của phản ứng dựa vào Ea:
k = A.e-Ea/RT
Bài tập I.2: Cho phản ứng: C2H6(k) → C2H4(k) + H2(k)
Ở 507oC hằng số tốc độ phản ứng k = 2,3.10-4s-1. Ở 527oC tốc độ phản ứng tăng gấp đôi.
Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
Lời giải:
Ta có k1 = 2,3.10-4s-1; k2 = 2k1. Sử dụng phương trình Arrhenius:
E 1
Ea
k
1
1
1
ln 2 = a ( − ) ⇔ ln 2 =
(
−
)
k1
R T1 T2
8,314 780 800
⇒ Ea =
8,314. ln 2
= 179800J / mol = 179,8kJ / mol
1
1
−
780 800
Bài tập I.3: Tốc độ của phản ứng hiđrat hóa but-2-en tăng gấp đôi khi nhiệt độ chuyển từ 20 oC
đến 30oC. Tốc độ của phản ứng sẽ tăng bao nhiêu lần khi nhiệt độ chuyển từ 85oC đến 95oC.
Lời giải:
Sử dụng phương trình Arrhenius:
E 1
Ea
k
1
1
1
8,314. ln 2
ln 2 = a ( − ) ⇔ ln 2 =
(
−
) ⇒ Ea =
= 51213J / mol
1
1
k1
R T1 T2
8,314 293 303
−
293 303
k o
k o
k o
E 1
1
51213 1
1
ln 95 C = a ( − ) ⇔ ln 95 C =
(
−
) ⇒ 95 C = 1,6
k 85O C
R T1 T2
k 85O C 8,314 358 368
k 85O C
Nếu Ea không đổi trong khoảng nhiệt độ từ 20oC đến 95oC
Câu hỏi lí thuyết:
1. Ở nhiệt độ t1 tốc độ phản ứng là V1
Ở nhiệt độ t2 tốc độ phản ứng là V2
a. Khi tăng nhiệt độ lên 10oC tốc độ phản ứng tăng lên γ lần (2 ≤ γ ≤ 4). Tính V2 theo γ, t1, t2.
b. Khi tăng nhiệt độ lên xoC tốc độ phản ứng tăng lên y lần. Tính V2 theo x, y, t1, t2.
2. Năng lượng hoạt hóa là gì? Ý nghĩa của năng lượng hoạt hóa?
3. Viết biểu thức Arrhenius (đưa ra 1889) về sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng k với
năng lượng hoạt hóa Ea tại nhiệt độ tuyệt đối T. Nhận xét mối quan hệ giữa Ea và k.
Bài tập:
Bài tập 1: Tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ:
a. từ 25oC lên 175oC, cho hệ số nhiệt độ bằng 3.
(315)
b. từ 20oC lên 50oC, phản ứng có hệ số nhiệt độ bằng 2,5.
(15,625)
o
o
o
c. từ 25 C lên 175 C, biết tăng nhiệt độ lên 25 C thì tốc độ phản ứng tăng lên 5 lần.
(56)
Bài tập 2: Cho phản ứng: A + B → C + D
a. Tốc độ của phản ứng tăng bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 20 oC lên 60oC, biết
hệ số nhiệt độ của phản ứng là 3?
b. Cần tăng nồng độ của A, B lên bao nhiêu lần để tốc độ phản ứng tăng lên 16 lần? Biết
phản ứng trên là phản ứng đơn giản.
(4 lần)
16
Bài tập 3:
a. Hệ số nhiệt độ của phản ứng bằng 2. Hãy xét xem nếu ở 0 oC phản ứng kết thúc sau 1024
ngày thì ở 300oC phản ứng kết thúc trong bao lâu?
(0,082s)
o
o
o
b. Ở 150 C một phản ứng kết thúc sau 16 phút, thì ở 80 C và ở 200 C phản ứng đó kết thúc
sau bao nhiêu phút? Giả sử hệ số nhiệt độ của phản ứng trong khoảng nhiệt độ đó là 2,5. (9766;
0,16)
c. Hòa tan một mẫu kẽm trong HCl ở 20 oC kết thúc sau 27 phút, ở 40oC tan trong 3 phút.
Hỏi ở 55oC mẫu kẽm đó tan trong bao lâu?
(34,64s)
Bài tập 4: Tính hệ số nhiệt độ của phản ứng trong các trường hợp sau:
a. Ở 393oK phản ứng kết thúc sau 18 phút, ở 453oK phản ứng kết thúc sau 1,5s.
b. Hạ bớt nhiệt độ 45oC phản ứng chậm 25 lần
c. Ở 288oK hằng số tốc độ k = 2.10-2 còn ở 325oK bằng 0,38.
Bài tập 5: Tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi:
a. tăng nhiệt độ từ 300K lên 350K, cho Ea = 50 kJ/mol.
b. tăng nhiệt độ từ 20oC lên 30oC, cho Ea = 20 kcal/mol.
c. tăng nhiệt độ từ 27oC lên 47oC, cho Ea = 20 kcal/mol.
(3)
(2,044)
(2,22)
(17,52 lần)
(3,3 lần)
(8,1 lần)
Bài tập 6: Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng sau nếu:
a. Ở 20oC phản ứng có k20 = 2.10-2, nếu ở 40oC thì phản ứng đó có k40 = 3,6.10-1. (26,4 kcal)
b. Tốc độ của một phản ứng ở 300oC gấp đôi tốc độ ở 290oC.
(44,43kcal)
o
o
c. Ở 10 C phản ứng kết thúc sau 95 giây và ở 20 C phản ứng kết thúc sau 60 giây.
(7,57
kcal)
d. Ở 27oC phản ứng kết thúc sau 100 giây và ở 37oC phản ứng kết thúc sau 40 giây. (16,93
kcal)
Bài tập 7: Khi NO2 và CO có cùng nồng độ 0,5M tương tác với nhau ở 435 oK thì sau 1 giờ thu
được 0,05M CO2. Hỏi ở nhiệt độ nào thì lượng CO 2 thu được sẽ gấp đôi trong cùng điều kiện,
nếu Ea = 29260 cal/mol. Cho biết phản ứng là 1 chiều bậc 2.
(445,7)
V. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
1. Định nghĩa chất xúc tác
“Chất xúc tác là chất tham gia vào một giai đoạn phản ứng và làm thay đổi tốc độ phản ứng,
sau phản ứng nó lại được phục hồi, tách khỏi sản phẩm phản ứng và không bị biến đổi cả về tính
chất cũng như về lượng”.
Ví dụ: phản ứng H2 + ½ O2 → H2O, ở nhiệt độ thường hầu như không xảy ra nhưng khi có mặt
một lượng nhỏ bột Pt thì phản ứng xảy ra rất mạnh. pt là xúc tác của phản ứng trên.
Những chất khi thêm vào làm quá trình chậm lại còn được gọi là chất ức chế.
Ví dụ: phản ứng oxi hóa Na2S2O3 bằng oxi để tạo Na2SO4 hầu như dừng lại khi thêm vào một ít
glixerol. Tuy nhiên cơ chế hoạt động của chất ức chế khác hẳn cơ chế hoạt động của chất xúc
tác. Các chất ức chế thường được dùng để bảo quản thực phẩm, chống ăn mòn kim loại…
Người ta thường chia ra 3 loại chất xúc tác:
- Xúc tác đồng thể: chất xúc tác ở cùng pha với các chất tham gia phản ứng.
Ví dụ: phản ứng oxi hóa SO2 thành SO3 có xúc tác là hỗn hợp NO + NO 2 (phương pháp tháp điều
chế H2SO4).
NO 2
SO2 + ½ O2 NO
+
→ SO3
17
- Xúc tác dị thể: chất xúc tác ở khác pha với hỗn hợp phản ứng. Chất xúc tác dị thể thường
là chất rắn và phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt các chất xúc tác. Xúc tác dị thể thường gặp là
các kim loại chuyển tiếp hay các oxit của chúng.
Ví dụ: trong phương pháp tiếp xúc điều chế H 2SO4, bột Pt hoặc V2O5 là xúc tác dị thể. SO2 và O2
bị hấp thụ trên bề mặt Pt hoặc V2O5, ở đó phản ứng xảy ra và sau đó SO 3 tách khỏi bề mặt chất
xúc tác:
2O5
SO2 + ½ O2 Pthay
V
→ SO3
- Xúc tác men: chất xúc tác là men trong cơ thể sinh vật, có hoạt tính xúc tác rất cao. Các
phân tử men thường có kích thước cỡ hạt keo nên cũng có thể coi như thuộc loại xúc tác dị thể.
- Có những phản ứng trong đó một sản phẩm nào đó sẽ đóng vai trò chất xúc tác, phản ứng
như vậy gọi là phản ứng tự xúc tác.
Ví dụ: trong phản ứng: 2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 10SO2 + K2SO4 + 8H2O
Các ion Mn2+ tạo thanh sau phản ứng chính là xúc tác của phản ứng.
2. Các đặc điểm cơ bản của hiện tượng xúc tác
- Chất xúc tác có đặc tính chọn lọc rất cao: mỗi chất xúc tác thường chỉ có tác dụng với một
phản ứng nhất định.
o
3 , 400 C
Ví dụ: C2H5OH Al
2O
→ C2H4 + H2O
o
C
C2H5OH Cu
, 200
→ CH3CHO + H2
Nếu không có xúc tác thì 2 phản ứng trên sẽ xảy ra đồng thời nên có thể dùng chất xúc tác
để chọn lọc phản ứng.
- Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng chứ không làm thay đổi ∆G của phản ứng.
- Lượng chất xúc tác cần dùng rất bé hơn lượng chất phản ứng.
Ví dụ: để oxi hóa 1 tấn NH3 thành NO chỉ cần 1g hỗn hợp xúc tác Pd+Pt.
- Về nguyên tắc, chất xúc tác không thay đổi về lượng cũng như về chất sau phản ứng,
nhưng trong thực tế sau một thời gian sử dụng người ta phải phục hồi hay bổ sung chất xúc tác vì
nó thường bị mất mát hay bị các tạp chất (chất độc xúc tác) làm mất hoạt tính.
3. Giải thích vai trò của xúc tác
Chất xúc tác chỉ có tác dụng làm tăng tốc độ của phản ứng có ∆G < 0 chứ không thể làm cho
các phản ứng có ∆G > 0 xảy ra. Tác dụng chủ yếu của chất xúc tác là làm giảm năng lượng
hoạt hóa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng.
Ví dụ: phản ứng H2 + I2 → 2HI, nếu không có xúc tác thì E a = 40 kcal/mol, nhưng khi có xúc tác
Au thì Ea’ = 25 kcal/mol; nếu dùng xúc tác Phân tử thì Ea’’= 14 kcal/mol.
Để làm giảm năng lượng hoạt hóa E a, chất xúc tác tham gia vào một trong những giai đoạn
trung gian của phản ứng.
Ví dụ: Xét phản ứng: A + B → AB có năng lượng hoạt hóa E a khá cao nên tốc độ bé. Khi không
có xúc tác phản ứng xảyEra như sau:
A + B → A…B → AB
Ea (1)
A…B
*
E K tham gia tạo phức chất hoạt động qua các giai đoạn trung gian sau:
Khi có mặt xúc tác K thì
A + K → A…K → AK
Ea1 (2)
AK + B → AK…B → AB + K
Ea2 (3)
E
Ea1 và Ea2 rất bé hơn Ea nên phản ứng AK…B
có xúc tác xảy raa nhanh hơn.
A…K
A+B
Ea2
A+B+K
AB
AB+K
Tiến trình phản ứng
∆Hpu
18
Bài tập I.4: Xét một phản ứng ở 500 oK, khi không có chất xúc tác E a = 40 kcal/mol, khi có chất
xúc tác Ea = 30 kcal/mol. Tính xem khi có chất xúc tác v tăng lên bao nhiêu lần?
Lời giải:
Gọi k và k’ lần lượt là hằng số tốc độ phản ứng khi không và khi có chất xúc tác. Ta có:
'
'
k ' e − E a / RT
= − E a / RT = e ( E a − E a ) / RT = e ( 40000−30000 ) / 1,987.500 = e10,06 = 23515
k e
Vậy tốc độ phản ứng tăng 23515 lần.
4. Ý nghĩa của chất xúc tác
Chất xúc tác có ý nghĩa rất to lớn trong công nghiệp và trong đời sống. Xúc tác dị thể có ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp như Pt, V 2O5 được sử dụng trong quá trình oxi hóa SO 2 thành
SO3 để sản xuất H2SO4, bột sắt được hoạt hóa là xúc tác cho quá trình tổng hợp NH 3 từ N2 và H2;
Pt được làm chất xúc tác cho sự oxi hóa NH 3 thành NO để sản xuất axit nitric, …đặc biệt trong
nhiều phản ứng tổng hợp các chất hữu cơ đều phải dùng chất xúc tác: từ cracking dầu mỏ, tổng
hợp các polime, điều chế các dược phẩm, …Cuối cùng cần nói tới vai trò to lớn của xúc tác
trong hệ sinh học. Không giống với các chất xúc tác trong các phản ứng hóa học thông thường
mà ta biết những phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể sống được xúc tác bởi một nhóm chất xúc
tác đặc biệt gọi là enzim.Trong cơ thể người có tới hàng trăm enzim khác nhau, mỗi enzim xúc
tác cho một phản ứng tương ứng.
Câu hỏi lí thuyết:
1. Chất xúc tác là gì? Chất xúc tác được chia thành những loại nào? Cho ví dụ.
2. Chất xúc tác ảnh hưởng như thế nào tới tốc độ phản ứng? Tại sao?
3. Những đặc điểm cơ bản của các chất xúc tác.
4. Nêu ý nghĩa của một số chất xúc tác mà em biết.
Bài tập:
Bài tập 1: Ở 127oC khi không có xúc tác, một phản ứng có năng lượng hoạt hóa bằng 34
kcal/mol, khi có mặt chất xúc tác năng lượng hoạt hóa của nó bằng 26 kcal/mol. Hãy tính xem
khi có mặt chất xúc tác, tốc độ phản ứng tăng lên bao nhiêu lần?
(23515,74 lần)
Bài tập 2: Ở 400oK một phản ứng kết thúc sau 1 giờ 40 phút khi không có mặt chất xúc tác.
Cũng ở nhiệt độ này, khi có mặt chất xúc tác phản ứng kết thúc sau 36 giây. Hỏi chất xúc tác đã
làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng xuống bao nhiêu?
(4,066 kcal)
Bài tập 3:
19
a. Hằng số tốc độ của phản ứng thủy phân CH3Cl bằng 3,32.10-10s-1 ở 25oC và 3,13.10-9s-1 ở
40oC. Phản ứng là bậc 1. Tính Ea.
(115 kJ.mol-1)
b. Ở 25oC tốc độ phản ứng sẽ tăng lên bao nhiêu lần nếu ta thêm xúc tác để giảm E a xuống
còn 100 kJ.mol-1.
(2426 lần)
Bài tập 4: Các enzim trong gan người xúc tác cho một số lớn phản ứng làm giảm các hóa chất
độc hại đã được hấp thụ. Vận tốc của phản ứng này thay đổi như thế nào nếu enzim của gan làm
giảm năng lượng hoạt hóa 5kJ/mol ở 37oC?
20
.PDF 
44 
1911 
145 
